無論是通信還是電子電路，僅發送和接收一個信號是不夠的。現在的電子設備需要處理大量數據，如果每次都發送每個信號，它會非常慢，并且需要為該信號布線，從而使設備變得龐大。所以，這就有了移位寄存器的用武之地。

移位寄存器在一條線上接收傳輸的4位和8位信號，并一一發送出去。反之亦然，它的作用是將海量的數據分揀到每一位，進行轉換和傳輸數據，移位寄存器允許高速傳輸大量信號而無需大量布線。在本文中將解釋此類移位寄存器。

一、什么是移位寄存器？

正如文章開頭介紹的那樣，移位寄存器是一種對信號進行重新排列和轉換的器件，可以通過一根線實現海量信號的傳輸。

移位寄存器是一種集成在微處理器內部的寄存器。它用于模擬和數字電路，但一般來說，術語移位寄存器通常指的是數字移位寄存器。移位寄存器的結構是級聯幾個觸發器，觸發器是許多電路中結構最簡單、最基本的一種邏輯電路，它保持“0”和“1”兩種狀態。

這種觸發器可以分為幾種類型，但移位寄存器中使用的是D觸發器。D觸發器在從輸入端發送 1 位信號時讀取（鎖存）1 位信號。數據輸入由時鐘控制，但它會保留該 1 位信號，直到添加另一個時鐘。此外，當時鐘變為高電平時，輸出保持信號。

在移位寄存器中，這些多個D觸發器以級聯方式連接。多個信號的傳輸方式稱為并行，一個信號的傳輸方式稱為串行。需要多少觸發器取決于要保存的位數，特別是8位移位寄存器被廣泛使用。

這種移位方法可以是從左到右、從右到左和雙向的。然而，要移動哪種信號以及如何移動依連接方法來確定。

二、移位寄存器連接方法及其類型

移位寄存器根據輸入/輸出連接方式大致可分為四種，下面將做詳細介紹：

①串聯輸入串聯輸出類型（SISO）

串行傳輸到移位寄存器的in（輸入端）和out（輸出端）并通過時鐘控制移位1位的連接類型稱為串聯輸入串聯輸出類型或SISO。

移位方向為左或右，這是移位寄存器的最基本形式，它在每次施加時鐘信號時逐位移動觸發器。由于每個觸發器鎖存1位數據，因此使用其中的4個是4位移位寄存器。這也意味著它們將按照與輸入信號相同的順序輸出。

對于普通的SISO移位寄存器，每次將數據輸入到輸入側的第一個觸發器時，最后一個觸發器中存儲的1位數據都會丟失。然而，也可以創建一個保持鎖存指定數據的電路。

②并聯輸入串聯輸出類型（SIPO）

串行傳輸輸入和并行傳輸輸出的移位寄存器稱為串行輸入、并行輸出型或SIPO。從字面上看，它用于轉換串行和并行信號。輸入移位寄存器的數據是一位一位，但觸發器中鎖存的數據可以在輸出端收集，即通過并行傳輸發送出去。SIPO移位寄存器將所有相連的觸發器中存儲的數據一起讀取，即使時鐘信號一次移位一位，也會讀取并匯總狀態。

③并行輸入串行輸出類型（PISO）

具有并行輸入和串行傳輸輸出的移位寄存器稱為并行輸入串行輸出類型或PISO。同樣，主要作用是在串行和并行信號之間進行轉換。使用 PISO 移位寄存器時，需要一次加載多個輸入信號。另外，需要通過時鐘信號寫數據需要LOW等控制，需要HIGH移位位，但如果只輸入第一個觸發器，也可以作為上述SISO移位寄存器使用。是可能的。

④并行輸入并行輸出類型（PIPO）

通過并行傳輸同時執行輸入和輸出的移位寄存器稱為并行輸入并行輸出類型或PIPO。與PISO一樣，多個輸入信號被加載到移位寄存器中，當時鐘信號變為高電平時，它們會同時移位到各自的輸出端。它用于鎖存特定信息，例如備份歷史記錄。

⑤其他移位寄存器

除了上面的連接方法，還有一個雙向移位寄存器，可以改變數據移位的方向，這也稱為通用移位寄存器。它還用于將SISO移位寄存器的輸入和輸出互連以形成循環移位寄存器并保留輸入數據的應用中。

三、移位寄存器的使用

如上所述，移位寄存器用作轉換串行/并行信號的接口。串行信號傳輸方式通常速度較快，常用于數字電路中。但是，實際的信號并不是單個的 4 位、8 位、16 位等。因此，需要先用移位寄存器將其轉換為任一，然后再轉換為適合接收端的信號格式。